第一篇：基于電力線載波通信的智能家居系統嵌入式網關設計

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基于電力線載波通信的智能家居系統嵌入式網關設計智能家居系統基本任務之一，就是能夠通過Internet網絡對各類電器實現操作控制。由于主要家居電器本身就由220V供電，因此利用電力線 實現設備監控是一種非常有效的方式。面向服務于智能家居系統的嵌入式網關設計，著重闡述了設計思路、芯片選型，以及電力線通信模塊及其協議設計等關鍵技 術，并實現了以太網到電力線協議轉換的軟硬件設計。基于Internet網絡，對連接于電力線的多類家用電器進行實際測試，結果表明系統運行穩定，監控功 能可靠，相關技術具有很好的實用價值。

智能家居系統，既涉及到家庭中各種高端信息設備的互聯互通，也涉及到對家庭中各種照明、安防、電 器和基礎設施之間的聯網以及相互間的自動控制，最終為用戶提供一種安全、舒適且方便的智能化和信息化生活空間。其一個基本的功能要求就是能通過電話線或因 特網實現對各種家用設備（如空調、熱水器）的遠程使用和操作控制。

“智能家居系統嵌入式網關設計”必須立足于滿足需求，選擇最佳技術方案，以自主技術為基礎，充分考慮國內外家庭網絡目前的發展現狀和已有的標準（或規范），開發具有自主知識產權的家庭網絡及其產品，并構筑安全、可靠且實用的家庭局域網絡。

系統整體設計

家庭網關是智能家居系統的核心部分，各個不同協議子網之間的互聯和信息共享都需要通過網關進行，而且網關還負責家庭局域網接入Internet。為適用 于普通的家庭用戶，網關一般設計為嵌入式設備，并采用TCP/IP技術和高性能微處理器實現。家庭嵌入式網關應該能夠實現CAN現場總線、Zigbee無 線通信和電力線載波等多種通信協議，同時具有Internet、GPRS和GSM等多類接口，以支持各類數據的傳輸。用戶可通過有線和無線的以太網，以及 通過手機短信等多種方式，實現授權行為下的*瀏覽和家庭智能設備控制。

如冰箱、空調、微波爐、洗衣機和熱水器等主要家居電器一般都需要 220v市電供電，即這類設備本身就接在電力線上，因此不必再用CAN總線或Zigbee無線通信的方式進行監控，而是直接采用電力線載波數據針對上述設 備進行傳輸監控，就是一種比較好的方式。鑒于一個完整的智能家居系統嵌入式網關，其功能一般也非常復雜，因此本設計主要致力于實現嵌入式網關的對外 Internet接口部分，以及嵌入式網關的對內接口部分，即電力線載波通信模塊的硬件設計及軟件實現，同時預留CAN接口以及串行接口，以便將來升級網 關功能，使其支持經過CAN總線通信的三表設備，以及經過Zigbee通信的低功耗傳感器設備。

第二篇：家庭網關和智能家居

雖然家庭網關與家庭智能網關現在還沒有特別明顯的界定。從功能以及服務范圍上，可以將它們區別開來。家庭網關，是作為所有外部接入網連接到家庭內部，同時將家庭內部網絡連接到外部的一種物理接口。并且使住宅用戶可以獲得各種家庭服務的平臺。

而家庭智能網關，具備智能家居控制樞紐及無線路由兩大功能，負責具體的安防報警，家電控制，用電信息采集。通過無線方式與智能交互終端等產品進行數據交互。它還具備有無線路由功能，優良的無線性能，網絡安全和覆蓋面積。因此，從上述兩者的功能來看，家庭智能網關則更具針對性，它更加的針對“智能化”的家居。將家庭網關更加深入和細化。因此家庭智能網關是包含在家庭網關之中的。

家庭網絡系統采用分層次的網絡拓撲結構，分為家庭主網和家庭控制子網兩個網段。網關系統有ASP.NET服務器組件、網絡連接控件、家庭彎管以及設備組成。家庭主網主要負責與外網進行通信，而家庭控制子網中的設備通過是通過子網關、主網關與外部通信。如果將一個家庭網關看成一個信息處理系統，組成系統的各個單元就是連接在網絡各個節點的設備。網關系統由ASP.NET服務器組件、網絡連接控件、堅挺網關以及設備組成。反映到具體對智能家居的控制上，如：空調，可以在ASP.NET服務器組件使用過的WEB界面進行對空調溫度、風向以及模式的調節控制。

如上述所說，家庭網關還可實現對家庭網絡中各種智能設備的遠程管理和監控，從而對“智能家居”產品進行簡單的維護和控制。此范圍不限制用戶、地點、甚至網絡接入方式，只要接入網絡訪問，便可操作共同的數據。但也由此引發了用戶私密泄露的問題。而就此，市場也有生產商順應市場需求，研發私密性好的解決方案。如設計網絡連接的控件技術等，同時可支持家庭網絡標準協議的家庭網關體系構架，實現多協議融合。

隨著家庭網絡技術的快速發展，家庭網絡的標準之間的競爭導致了家庭網關和家電廠商難以選擇一種協議作為自己產品的標準。而市場上又缺乏這種統一的協議標準，導致下游各個設備廠商按照不同的接口標準與協議生產設備。使不同設備之間的互連、互通變得非常困難。反過來作為廠商，由于設備不配套導致的具體安裝問題也讓生產商們頭痛不已。因此，網關、網絡協議與設備的標準迫切需要統一。

國內家庭網關還處于起步階段，除了價格之外，技術上更是缺乏多樣性，兼容性較弱。再加上帶寬傳速也會影響系統傳輸。據工信部部長苗圩介紹，目前我國平均寬帶連接速度約為每秒鐘100Kb，遠低于發達國家每秒鐘約230Kb的平均速度，寬帶不“寬”情況明顯。帶寬的問題也直接影響了智能家居系統在進行操作指令時出現滯后延遲的現象，家庭網關對于帶寬傳輸也有很大的需求，智能家居控制器，承擔整個系統的數據采集、協議轉換、通訊轉發、控制下達、存儲配置功能。如果帶寬不能滿足需求，就會局限網關以及配套智能家居設施的功能，提供不了很好的用戶體驗，極大的不利于智能化家居控制以及設備的普及。

第三篇：嵌入式智能家居解讀

摘 要

隨著我國經濟的快速發展，人們對生活的需求水平也相當的提高，特別是在人們長期居住的地方，對居住舒適程度要求也需求更加的高，所以我國在早期就出現了一些智能家居，本文從嵌入式計算機開始，結合嵌入式系統的特點，依次討論了嵌入式系統的基本概念、嵌入式在智能家居中的應用、當前的研究現狀以及未來的發展趨勢。

關鍵字：嵌入式系統，智能化，智能家居

目 錄

1緒論.............................................................................................................................4 2 什么是嵌入式系統....................................................................................................4 2.1 嵌入式系統......................................................................................................4 2.2 嵌入式系統的特點..........................................................................................5 3什么是智能家居.........................................................................................................6

3.1智能家居系統的工作原理...............................................................................6 4嵌入式發展狀況及發展趨勢.....................................................................................7

4.1 嵌入式在智能家居的現狀及技術發展趨勢.................................................7 4.2 嵌入式的智能家居解決方案給我們帶來的好處..........................................7 5嵌入式技術在智能家居行業的實際應用.................................................................8

5.1功能描述...........................................................................................................8 5.2系統特點...........................................................................................................9 6嵌入式的研究前景...................................................................................................10 總

結..........................................................................................................................11 參考文獻......................................................................................................................12 1緒論

隨著社會信息化的發展，計算機和網絡已經滲透到人們日常生活的每個部分，無線通信技術也成為人們生活中必不可少的一個部分；我們每一個人基本上都擁有大小不

一、形狀各異、具有各種功能的、使用嵌入式技術的電子產品，比如M P 3 /MP4、PDA、GPS 導航儀等小型數字化產品、智能家電、網絡家電、智能手機等，都可以歸類于嵌入式產品中伴隨著數字化和信息化的進程，智能化成為不可抵擋的趨勢，也是新世紀的發展趨勢。智能家居是指將家庭中各種與信息相關的通訊設備、家用電器、家庭安防裝置等，通過家庭總線技術連接到一個家庭智能化平臺上，進行集中或遠程監視、控制和家庭事務管理，并保持這些家庭設施與生活需求和住宅環境的和諧與協調。智能家居可以使人們足不出戶就進行網上購物、視頻點播、網上醫療診斷，在千里之外就可以對家里電器的進行控制，當家庭發生安全問題，在外的家庭成員可以在接到報警信息后，通過電話和Internet等手段查詢和確認家庭的安全狀況。什么是嵌入式系統

2.1 嵌入式系統

嵌入式系統是以應用為中心，以計算機技術為基礎，并且軟硬件可裁剪，適用于應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的專用計算機系統。它一般由嵌入式微處理器、外圍硬件設備、嵌入式操作系統以及用戶的應用程序等四個部分組成，用于實現對其他設備的控制、監視或管理等功能。嵌入式系統一般指非PC 系統，它包括硬件和軟件兩部分。硬件包括處理器／微處理器、存儲器及外設器件和I／O端口、圖形控制器等。軟件部分包括操作系統軟件（O S）和應用程序編程；有時設計人員把這兩種軟件組合在一起，應用程序控制著系統的運作和行為；而操作系統控制著應用程序編程與硬件的交互作用[1]。嵌入式系統的核心是嵌入式微處理器，嵌入式微處理器一般就具備以下4 個特點：(1)對實時多任務有很強的支持能力，能完成多任務并且有較短的中斷響應時間，從而使內部的代碼和實時內核心的執行時間減少到最低限度；(2)具有功能很強的存儲區保護功能。這是由于嵌入式系統的軟件結構已模塊化，而為了避免在軟件模塊之間出現錯誤的交叉作用，需要設計強大的存儲區保護功能，同時也有利于軟件診斷；(3)可擴展的處理器結構，以能最迅速地開展出滿足應用的最高性能的嵌入式微處理器；(4)嵌入式微處理器必須功耗很低，尤其是用于便攜式的無線及移動的計算和通信設備中靠電池供電的嵌入式系統更是如此。2.2 嵌入式系統的特點

嵌入式計算機系統同通用型計算機系統相比具有以下特點：（1）嵌入式系統通常是面向特定應用的：嵌入式CPU 與通用型的最大不同就是嵌入式C P U 大多工作在為特定用戶群設計的系統中，它通常都具有低功耗、體積小、集成度高等特點，能夠把通用CPU 中許多由板卡完成的任務集成在芯片內部，從而有利于嵌入式系統設計趨于小型化，移動能力大大增強，跟網絡的耦合也越來越緊密。（2）嵌入式系統是將先進的計算機技術、半導體技術和電子技術與各個行業的具體應用相結合后的產物，是一個技術密集、資金密集、高度分散、不斷創新的知識集成系統。（3）嵌入式系統的硬件和軟件都必須高效率地設計，量體裁衣、去除冗余，力爭在同樣的硅片面積上實現更高的性能。（4）嵌入式系統和具體應用有機地結合在一起，它的升級換代也是和具體產品同步進行，因此嵌入式系統產品一旦進入市場，具有較長的生命周期。（5）為了提高執行速度和系統可靠性，嵌入式系統中的軟件一般都固化在存儲器芯片或單片機中，而不是存貯于磁盤等載體中。由于嵌入式系統的運算速度和存儲容量仍然存在一定程度的限制，另外由于大部分嵌入式系統必須具有較高的實時性，因此對程序的質量，特別是可靠性，有著較高的要求。（6）嵌入式系統本身不具備自舉開發能力，即使設計完成以后用戶通常也是不能對其中的程序功能進行修改的，必須有一套開發工具和環境才能進行開發。（7）通用計算機的開發人員通常是計算機科學或者計算機工程方面的專業人士，而嵌入式系統開發人員卻往往是各個應用領域中的專家，這就要求嵌入式系統所支持的開發工具易學、易用、可靠、高效。目前人類已進入基于Internet的后PC時代，其主要特征為計算機作為組成成份緊密融于消費品和工業品中后PC時代的到來完全依賴于嵌入式技術的誕生與發展，傳統的IT設備逐漸轉變為嵌入式設備，這是一個大趨勢。在這個大趨勢中，小到智能卡、手機、水表，大到信息家電、汽車，甚至飛機、宇宙飛船，我們的生活已經被嵌入式軟件所包圍。嵌入式技術的蓬勃興起為智能家居行業的發展指明了技術發展趨勢，也提供了技術革新的有利武器[2]。

嵌入式系統一般指非PC系統，它包括硬件和軟件兩部分。硬件包括處理器/微處理器、存儲器及外設器件和I/O端口、圖形控制器等。軟件部分包括操作系統軟件（OS）（要求實時和多任務操作）和應用程序編程。應用程序控制著系統的運作和行為；而操作系統控制著資源調度及與硬件的交互作用。

3什么是智能家居

智能家居就是把智能科技融入家居生活中,使家庭生活與信息化結合起來。智能家居還包涵了許多方面的內容 如家庭中傳統的水表、電表、煤氣表等由原來的各自獨立變成小區中央控制，人們不用再為查表或交費而花費時間，計算機中央控制，通過計算機，控制家庭中的所有電器、儀表，并借助有線或無線通訊技術實現異地控制。隨著社會全面的信息化、智能化和網絡化，智能家居必將成為未來家庭生活潮流發展的新方向[3]。嵌入式Internet技術是近幾年發展起來的新技術，它創新性地提出以單片機或微控制器為核心的嵌入式系統，使底層監測設備與Internet的無縫聯接有了可行方案，真正做到遠程監測，這樣構建的監測系統開銷少、尺寸小、功能強。采用TCP / IP網絡協議標準，系統組網容易、傳輸數據多、速率快；客戶端通過WEB瀏覽器就可以對設備進行監控，本文在此基礎上進行了基于嵌入式WEB 的智能家居遠程監控系統的設計[4]。3.1智能家居系統的工作原理

小區管理中心是智能家居系統連接外界的途徑，在此建立基于Web服務器的小區管理信息系統，當家庭發生意外情況時，相關傳感器會將報警信息自動通過家庭總線系統發向網絡終端，終端通過電話接口可以把報警信息直接發向用戶的手機，同時還通過小區網絡將報警信息發向小區管理中心。

用戶可以通過Internet用瀏覽器直接瀏覽家庭設備的當前狀況，并可以通過web直接控制家庭設備。家庭網絡終端可以通過電話接口直接連接到PSTN上，當用戶撥打家庭電話對家用設備進行控制時，控制信息通過瀏覽器提交給Web服務器，然后小區管理中心計算機將控制信息轉發給相應的網絡終端，終端將控制信息直接轉發給相關控制設備，完成控制工作。控制完成后，網絡終端再將結果信息反饋回小區管理中心計算機，小區管理中心將其寫入數據庫，并反饋給發出控制請求的用戶。通過電話控制家用電器設置有密碼功能，只有密碼比較成功后才能夠進入控制模塊，使操作更加安全。

4嵌入式發展狀況及發展趨勢

4.1 嵌入式在智能家居的現狀及技術發展趨勢

中國的智能家居行業剛剛起步，它還顯得比較稚嫩。我國尚沒有正式頒布相關的行業技術標準，廠家采用各自不同的技術解決方案，這在某種程度上制約了中國智能家居行業的發展，在今后相當長一段時間內技術的整合趨勢將形成統一的標準。

就目前而言，智能家居主要有三種技術方案，它代表著中國智能家居行業不同時期的技術特點，它們的關系可以用以下的圖1表示。

圖1 智能家居的技術特點關系

PC架構的智能控制系統出現于中國智能家居的萌芽階段，基本上停留在向使用者展示智能家居的概念，實用性不強，屬于第一代。目前很多中國智能家居廠商研制的基于單片機架構的智能控制系統在實際技術更加廣泛的應用，隨著成本的逐步降低，中國的智能家居最終將走向嵌入式。4.2 嵌入式的智能家居解決方案給我們帶來的好處

（1）系統的處理能力大大增強，可以給您帶來更加逼真的圖象以及更加真實的語音等。

（2）根據系統定制的實時操作系統不僅可以最大限度的利用硬件資源而且還避免了過于龐大的系統造成的系統冗余.（3）一般只有一顆主處理芯片，系統架構更加清晰簡捷。

（4）軟件采用分層設計方便維護和升級，大大提高了代碼利用率，縮短開發周期。

（5）因為嵌入式技術是伴隨著Internet而生的，所以它具有更加卓越的網絡性能，可以增加更多的網絡應用。

5嵌入式技術在智能家居行業的實際應用

波創BECHAMP智能家居依靠3C技術，并結合信息家電的發展，為用戶提供了一種更加安全、舒適、方便、快捷的智能化和信息化生活空間。其內涵就是“在具有個性化的住宅家庭中，將多元網絡信息、多樣化的自動化控制以及節能環保等功能，整合到一體化的家庭智能信息管理與自動化監控平臺[6] 5.1功能描述

（1）可視對講：超大屏幕彩色可視對講。（2）安防主機

提供有線8防區；可以通過無線密鑰進行撤布防，也可以通過電話和網絡進行布防；觸發報警以后除了可以通過網絡向保安中心報警，還可以通過撥打用戶射定的電話進行報警，還可以通過Internet向在辦公室或其它地方的業主報警。（3）信息終端

接收小區管理中心發出的小區公告或新聞；接收小區管理中心發出的商情；接收小區管理中心發出的住戶通知；瀏覽網頁；接收郵件；接收手機短信；查詢報警信息；查詢三表信息。（4）家電、燈光、插座控制

家電、燈光、插座通過網關上的觸摸屏進行控制；通過Internet對家里的家電、燈光、插座進行遠程網絡控制；通過電話對家里家電、燈光、插座進行遠程電話控制；通過手機短信對家里家電、燈光、插座進行遠程短信控制。（5）自動抄表：自動抄錄水表、電表、氣表的讀數。（6）遠程監控：通過Internet遠程監控家中的家居環境[5]。5.2系統特點

（1）運行穩定安全可靠

主處理器高度集成，系統結構簡潔，信號穩定，采用6層高頻板工藝，高速線路采用采用等長設計，雙路時鐘輸入，拒絕一切干擾；操作系統采用開源的Linux操作系統，安全、穩定；采用雙電源熱備份設計，主用電源為ATX電源，備用電源為帶充電電路的鋰電池；正常情況下，主電源為系統供電（包括后備電源充電），鋰電池處于待命狀態并進行必要的充電；在主用電源失效的情況下備用電源自動啟用，在主用電源恢復正常后再切換回主用電源，二者之間的切換做到無縫，即二者的切換不會影響到相關軟硬件系統正在進行的工作，備用系統電源能持續工作3小時以上，待機24小時以上。（2）高效低耗

其主處理器采用主頻高達200MHZ的韓國三星公司的S3C2410（ARM9內核）高效低耗處理器（該處理器主要用于手持設備，其功耗之低可想而知），再配備上海量（相對于傳統基于51單片機的解決方案）的Flash和SDRAM，可以輕松處理TCP/IP網絡協議棧、音視頻處理和一些復雜的桌面應用（如Word, Excel, 圖片查看程序，郵件客戶端和網絡瀏覽器），這些是基于51單片機的解決方案根本無法想象的，具有不可比性。（3）人機交互界面友好

采用帶背光和觸摸屏接口的320*240 STN彩屏，色彩達到64K色，并配有快捷按鍵，所有人機交互界面均采用純圖形的，美觀大方。（4）系統可擴展性強

硬件接口豐富，這些接口包括：10M以太網絡IC及其接口1個，LCD接口，觸摸屏接口，人機交互鍵盤；串口：485接口1個（用于接485設備），232接口2個，LED指示燈，4個，分別為：工作指示，欠壓/充電指示，網絡指示，新留言提示；I2S接口，引出 Microphone和立體聲Speaker；USB Host和Device接口各一個，可用于連接U盤，數碼相機和攝像頭等USB設備；SD存儲卡接口；JTAG，采用20針接口，方便系統級調試；其他未使用CPU口線，統一引出，以備將來系統擴展。操作系統采用開源的Linux操作系統，開發資源豐富，軟件上提供一套標準通用的API二次開發接口，可移植性強。（5）系統升級方便

系統所有軟件，包括啟動代碼，操作系統內核，系統文件，應用程序均基于文件系統，在目標機中以文件的形式存在，均可單獨升級，而且是在線升級，給產品的后續升級維護提供了大大的方便，這些是傳統的基于51單片機的解決方案無法做到的，具有不可比性。

6嵌入式的研究前景

嵌入式系統概念的受到重視是以計算機和信息技術的發展為基礎的。近年來，計算機技術以令人瞠目的速度迅猛發展，其速度之快，勢頭之猛甚至直接向某些一直被視為金科玉律的常識提出了質疑。例如，按照計算機的體系結構、運算速度、結構規模、適用領域等屬性將其分為大型機、中型機、小型機和微計算機，并以此來組織學科和產業分工的分類方法雖然沿襲多年，但由于實際情況產生了根本性的變化，它已經不再適用。最明顯的例子就是由70年代末定義的微計算機演變出來的個人計算機(PC)如今已經占據了全球計算機工業的90%市場，其處理速度更是超過了當年大、中型計算機的定義。可見，在日新月異的計算機工業中，在計算機技術和產品對其它行業進行全面滲透的大趨勢下，以應用為中心的分類方法變得更為切合實際，也就是需要按計算機的嵌入式應用和非嵌入式應用將其分為嵌入式計算機和通用計算機。通用計算機具有計算機的標準形態，通過裝配不同的應用軟件，以類同面目出現并應用在社會的各個方面，其典型產品為PC；而嵌入式計算機則是以嵌入式系統的形式隱藏在各種裝置、產品和式智能平臺，簡稱EIP。未來幾年內，隨著信息化，智能化，網絡化的發展，由于EIP將三者完美結合的特性，必將獲得廣闊的發展空間。例如：在通信領域，數字技術正在全面取代模擬技術，美國已開始由模擬電視向數字電視轉變，數字音頻廣播(DAB)進入商品化試播階段，歐洲的DVB(數字電視廣播)技術也已向全球大多數國家推廣。在個人領域中，作為個人商用的移動數據處理和通訊設備所必需的手寫文字輸入、語音撥號上網、收發電子郵件以及彩色圖形、圖像等功能由于依賴嵌入式設備具有強大親和力的自然人機交互界面，也離不開EIP技術[8]。

總 結

嵌入式技術的誕生和發展促進了后PC時代的到來，嵌入式系統在通訊產品、家用電器、醫療器械、汽車制造、航空航天等領域的無限應用空間已使其成為促進信息產業發展，加速傳統產業改造的最為實用的高新技術。

嵌入式技術在家庭智能控制系統中的應用，使得系統的語音和圖像處理能力大大增強，根據系統定制的實時操作系統不僅可以最大限度地利用硬件投入，而且還避免過于龐大的系統造成的資源浪費。由于嵌入式系統一般只有一個核心處理芯片，因此系統的架構更加清晰簡捷。系統的軟件采用分層設計，不僅方便維護和對系統進行升級，而且大大提高了代碼的利用率，縮短了開發周期。此外，由于嵌入式技術是伴隨Internet而產生和發展的，因此它具有更加卓越的網絡性能，可以增加更多的網絡應用。

在當今社會，隨著家庭智能化技術的全面快速發展，家居控制系統的重要意義和作用越來越凸顯在人們的面前，這也是嵌入式系統家居控制系統的關鍵所在。因此，我們必須結合實際，堅持以先進的現代科學技術和通信技術為前提與基礎，盡力做到以嵌入式系統為技術核心，不斷優化家居控制系統的結構與功能，保證其功能全面、性能穩定、耗能低下等特征，促進其全面快速健康發展，更好地為人們提供方便快捷的服務。

參考文獻

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1、行萬里路，讀萬卷書。

2、書山有路勤為徑，學海無涯苦作舟。

3、讀書破萬卷，下筆如有神。

4、我所學到的任何有價值的知識都是由自學中得來的。——達爾文

5、少壯不努力，老大徒悲傷。

6、黑發不知勤學早，白首方悔讀書遲。——顏真卿

7、寶劍鋒從磨礪出，梅花香自苦寒來。

8、讀書要三到：心到、眼到、口到

9、玉不琢、不成器，人不學、不知義。

10、一日無書，百事荒廢。——陳壽

11、書是人類進步的階梯。

12、一日不讀口生，一日不寫手生。

13、我撲在書上，就像饑餓的人撲在面包上。——高爾基

14、書到用時方恨少、事非經過不知難。——陸游

15、讀一本好書，就如同和一個高尚的人在交談——歌德

16、讀一切好書，就是和許多高尚的人談話。——笛卡兒

17、學習永遠不晚。——高爾基

18、少而好學，如日出之陽；壯而好學，如日中之光；志而好學，如炳燭之光。——劉向

19、學而不思則惘，思而不學則殆。——孔子

20、讀書給人以快樂、給人以光彩、給人以才干。——培根

第四篇：基于ARM的嵌入式智能家居遠程監控系統設計.

摘要

科技改變生活，科技為人類帶來了更舒適更方便的解決方案，智能家居是現代化科技的體現，智能家居也正是在應人們需求下而產生的。

本設計的內容是設計一個基于ARM的智能家居遠程監控系統。整個硬件控制系統有以下模塊：控制主機STM32F103VET6、無線短信收發模塊GPRS(遠程監控的主要模塊)、用于顯示的LCD1602液晶顯示屏(顯示測量出來的溫濕度值)、測量外部環境溫濕度的溫濕度傳感器DHT11，異步電機28BYJ-48(模擬控制窗簾收放用到的控制器)、蜂鳴器(報警用)、LED燈(模擬室內各種燈)、繼電器(模擬室內各種電器的控制開關)。

溫濕度傳感器測量出來的溫濕度數值通過LCD1602來顯示，當超過設定的閾值將通過GPRS模塊發送警報短信到指定的手機上，同時也可以由手機發送特定短信到GPRS上控制LED燈的亮滅、控制28BJY-48步進電機的正反轉、讀取當前室內的溫濕度并發送回手機上，實現遠程監控的。關鍵詞 智能家居；遠程監控；GPRS；ARM Abstract Technology has changed life, science and technology has brought to mankind more comfortable and more convenient solution, smart home is a manifestation of modern technology, smart home is also in demand should be generated by people.The content of this thesis is to design a remote monitoring system of smart home based on ARM.The entire hardware control system has the following modules: the host controller STM32F103VET6, wireless SMS transceiver module GPRS(the main module of the remote monitoring), LCD display(to display the temperature and humidity measured values), temperature and humidity sensor,DHT11, be used to measure the external environment temperature and humidity, asynchronous motor 28BYJ-48(analog controller curtain used), a buzzer(alarm), LED light(simulated indoor lamps), a relay(control switch simulation of indoor each kind of electric appliance).The temperature and humidity value measured by the temperature and humidity sensor and displayed by LCD1602, when more than a set threshold an alarm SMS will be sent by GPRS module to the designated mobile phone, but also can be caused by the mobile phone to send a specific message to the GPRS to control LED light, 28BJY-48 stepper motor reversible, read the current indoor temperature and humidity and sent back to the mobile phone.Keywords smart home;remote monitoring;GPRS;ARM II

目 錄

摘要.......................................................................................................................I Abstract...............................................................................................................II 第1章 緒論........................................................................................................1 1.1 課題背景..................................................................................................1 1.2國外的發展動態.......................................................................................1 1.3 國內的發展動態......................................................................................2 1.4 本文各章主要安排..................................................................................2 第2章 各個硬件模塊的說明............................................................................3 2.1 主控模塊..................................................................................................3 2.1.1 STM32的系統架構............................................................................3 2.1.2 STM32F103VET6的內部資源..........................................................4 2.2短信收發模塊GPRS................................................................................7 2.3溫濕度測量模塊.......................................................................................8 2.3.1 DHT11的引腳說明............................................................................8 2.3.2 DHT11的工作原理............................................................................9 2.4 溫濕度液晶顯示模塊LCD1602............................................................11 2.4.1 LCD1602的管腳說明......................................................................12 2.4.2 LCD1602的特性..............................................................................12 2.4.3 LCD1602的基本指令......................................................................12 2.5 收放窗簾模塊步進電機28BJY-48.......................................................14 2.5.1 步進電機的工作原理......................................................................14 2.5.2 步進電機的引腳接線......................................................................14 2.6 本章小結................................................................................................15 第3章 硬件系統的設計..................................................................................16 3.1 直流穩壓電源的設計............................................................................16 3.2 STM32最小系統的設計........................................................................17 3.2.1電源的供電方案...............................................................................17 3.2.2 晶振電路..........................................................................................17 3.2.3 復位電路..........................................................................................18 III 3.2.4 串口驅動電路...................................................................................18 3.3 步進電機、繼電器驅動電路設計.........................................................19 3.4 本章小結.................................................................................................20

第4章 軟件程序的設計...................................................................................21 4.1 主函數及TIM2中斷服務函數設計......................................................21 4.1.1 主函數及TIM2中斷服務函數程序代碼........................................21 4.1.2 主函數及TIM2中斷服務函數程序流程圖....................................23 4.2 GPRS來信中斷處理函數設計...............................................................24 來信中斷處理函數程序代碼.................................................24 4.2.2 GPRS來信中斷處理流程圖.............................................................26 4.3 GPRS的AT指令....................................................................................27 4.3.1 本設計中用到的AT指令................................................................27 4.3.2 PDU編碼...........................................................................................27 4.3.3 AT指令的使用程序設計..................................................................29 4.4本章小結..................................................................................................31 結論.....................................................................................................................32 參考文獻.............................................................................................................33 致謝.....................................................................................................................35 附錄一 整個硬件系統電路圖...........................................................................36 附錄二 開題報告說明.......................................................................................37 附錄三 文獻綜述...............................................................................................38 附錄四 中期報告...............................................................................................39 附錄五 外文文獻及其翻譯...............................................................................40 附錄六 完整的程序代碼...................................................................................41 4.2.1 GPRS IV 第1章 緒論 第1章 緒論 1.1 課題背景

隨著科技的提高，經濟的發展，人們的物質生活水平的提高，對家居環境的要求也越來越高，作為家居智能化的核心部分——智能家居控制系統也越發顯得重要。智能家居控制器可以為系統提供智能控制方案，使住戶的控制更便捷，更高效，更能為家庭的日常活動節約不必要的能耗[1]。而且在現在這個注重綠色環保的世界里，智能的為住戶控制好空氣的濕度、溫度等，檢查分析空氣成分，讓住戶安心入住。家居智能化控制的開發和建設是未來國家、經濟發展的必然趨勢。在科學技術日新月異的今天，智能家居產品也在不斷發展尋求突破，用智能的方式緩和、解決社會矛盾，這是本課題的目的及意義所在。1.2國外的發展動態

1984年，世界上第一座智能建筑在美國的康涅迪格州建成，這座意義不一般的智能建筑是對一座舊式大樓在一定程度上的改造而完成的。它只是采用計算機系統對大樓的照明、空調、電梯等設備進行監控，并提供情報資料、語音通信、電子郵件等方面的信息服務。2000年，新加坡大約有5000戶家庭采用了這種家庭智能家居化系統，而與此同時，美國采用這種智能家居化系統的用戶已高達4萬戶。目前，在國外的家庭智能化系統技術己經越來越成熟，預計今后，越來越多的新房將會安裝具有一定的“智能家居化”功能的系統。于此同時，由于科學技術的發展日益標準化，這些新型智能家居系統將會比世界首富比爾.蓋茨耗資六千萬美元的高端智能家居別墅便宜得多。

在家居智能化系統研發方面，美國及一些西方國家一直處于領先地位。近年來，以摩托羅拉公司及美國微軟公司等為首的一些國外知名企業，先后加入到智能家居系統的研發中。比如:摩托羅拉公司開發出來的“居所之門”、微軟公司開發出來的“夢幻之家”、IBM公司開發出來的“家庭主任”等都以日趨成穩的技術霸占家居市場。此外，亞洲國家日本、韓國、新加坡等國 的領頭大企業也紛紛致力于家居智能化的研發，對家居市場更是躍躍欲試。1.3 國內的發展動態

1990年后，我國的智能家居化住宅小區日益興起。我國的智能家居化住宅建筑最早起于廣州、深圳和上海等沿海發達城市，并慢慢地向內陸發展。在1997年香港回歸時，上海的中皇廣場在建設部“97跨世紀住宅小區案競賽活動”中被建設部科技委員會評為全國首家“智能住宅示范工程”，從此揭開了我國智能家居住宅小區發展的序幕。1999年，建設部住宅產業化辦公室、建設部勘察設計司聯合組織實施了全國住宅小區智能化技術示范工程，這也標志著我國的智能家居進入了一個新階段。隨著信息化技術日益普，國家經貿委領頭成立了家庭信息網絡技術委員會，同時信息網絡技術體系研究及產品開發已經被列為了國家技術創新的重點專項計劃。根據建設部的要求，截止今年，大中城市中50%的住宅要實現智能化[2]。

我國的智能家居建設相對于國外起步比較晚，尚未形成一定的國家標準。國內各大硬、軟件企業機構正在積極的研發更為符合市場的智能家居化產品，以解決我國當前智能化設備使用復雜、產品價格昂貴及實用性差等缺點，而技術創新能力也逐漸向國際先進水平靠攏，這樣智能家居的未來值得我們期待[3-4]。1.4 本文各章主要安排

本文第二章主要介紹了智能家居控制系統中用到的各個硬件模塊，有主控模塊STM32F103VET6、GPRS短信收發模塊GTM900-B、溫濕度測量傳感器DHT11、液晶顯示屏LCD1602、步進電機28BYJ-48。

第三章主要介紹了硬件系統的設計，重點描述各個功能模塊電路圖的設計及其功能。

第四章主要介紹了控制系統軟件程序的設計，主要有主函數及TIM2中斷處理函數的程序設計，GPRS來信中斷處理函數的設計以及GPRS的AT指令的PDU編碼過程。其中給出了主要程序代碼及其程序流程圖。第2章 各個硬件模塊的說明 第2章 各個硬件模塊的說明 2.1 主控模塊

本設計整個系統的主控芯片選擇的具有ARM內核Cortex-M3的STM32F103VET6。該芯片屬于增強型的32位高性能微控制器，具有100引腳和高達512K字節的閃存存儲器。2.1.1 STM32的系統架構

STM32VET6的系統架構包含4個驅動單元：Cortex-M3內核Dcode總線、系統總線、通用DMA1和通用DMA2；4個被動單元：內部閃存存儲器Flash、內部數據存儲器SRAM、FSMC和AHB到APB的橋。這些單元都是通過一個多級的AHB總線構架相互連接的，如圖2-1所示。

ICode: 該總線將閃存指令接口與ARM的Cortex-M3內核的指令總線相連接。指令預取在此總線上完成。

DCode: 該總線將閃存存儲器的數據接口和Cortex-M3內核的數據總線相連接(常量加載和調試訪問)。

系統總線: 此總線連接Cortex-M3內核的系統總線到總線矩陣，總線矩陣協調著DMA與內核之間的訪問。

DMA總線: 此總線將DMA的AHB主控接口與總線矩陣相聯，總線矩陣協調著CPU的DCode和DMA到 內部閃存存儲器Flash、內部數據存儲器SRAM和外設的訪問。

總線矩陣: 該矩陣協調DMA主控總線與內核系統總線間的訪問與仲裁，仲裁采用輪換算法。總線矩陣包含4個驅動部件和4個被動部件。AHB外設通過總線矩陣與系統總線相連，允許DMA訪問。

AHB/APB橋(APB): 兩個AHB/APB橋在AHB和2個APB總線間提供同步連接。APB1操作速度限于36MHz，APB2操作于全速(最高72MHz)。有關連接到每個橋的不同外設的地址映射。在每一次復位以后，所有除SRAM和FLITF以外的外設都被關閉，在使用一個外設之前，必須設置寄存器RCC_AHBENR來打開該外設的時鐘 3

圖2-1 STM32系統架構

2.1.2 STM32F103VET6的內部資源

STM32F103VET6的引腳圖如圖2-2所示。

(1)內核：ARM的32位Cortex-M3微處理器；最高達72MHZ頻率，Cortex-M3內部的數據路徑是32位的，寄存器是32位的，存儲器接口也是32位的。Cortex-M3采用了哈佛結構，擁有獨立的Dcode總線和Icode總線，可以讓數據訪問和取指并行不悖，這樣數據訪問就不再占用Icode總線，從而提升了工作性能。為實現這個特性，Cortex-M3內部含有好幾條總線接口，每條都為自己的應用場合而優化過，并且它們可以并行工作。第2章 各個硬件模塊的說明 圖2-2 STM32F103VET6引腳圖

(2)存儲器：512KB的閃存程序存儲器；64K字節的靜態數據存儲器 5

SRAM，它可以以字節、半字(16位)或全字(32位)訪問。(3)時鐘和電源管理：

(a)三種不同的時鐘源可被用來驅動系統時鐘(SYSCLK)：1)HSI振蕩器時鐘；2)HSE振蕩器時鐘；3)PLL時鐘。

(b)STM32的工作電壓(VDD)為2.0～3.6V，通過內置的電壓調節器提供所需的1.8V電源；

(c)獨立的A/D轉換器供電和參考電壓；

(d)一個完整的上電復位(POR)和掉電復位(PDR)電路；(e)可有3種不同工作模式的電壓調節器；(f)可編程電壓監測器(PVD)。

(4)通用和復用功能I/O(GPIO和AFIO)：5組多功能雙向5V兼容的通用I/O端口；可使用復用功能重新映射到其他一些引腳上。

(5)DMA控制器：支持定時器、ADC、SPI、IIC和USART等外設。(6)嵌套向量中斷控制器：

(a)有68個可屏蔽中斷通道(不包含16個Cortex?-M3的中斷線)；(b)16個可編程的優先等級(使用了4位中斷優先級)；(c)低延遲的異常和中斷處理；(d)電源管理控制；

(e)系統控制寄存器的實現。

(7)模擬/數字轉換(ADC)：12位的ADC是一種逐次逼近型模擬數字轉換器，它有多達18個通道，可測量16個外部和2個內部信號源。

(8)定時器：2個高級控制定時器(TIM1、TIM8)；(a)4個通用定時器(TIM2、TIM3、TIM4、TIM5)；(b)2個基本定時器(TIM6、TIM7)；

(c)一個實時時鐘、兩個看門狗定時器和一個系統滴答定時器(Systick)。

(9)通用異步收發器(USART)：全雙工的，異步通信RZ標準格式；發送和接收共用的可編程波特率，最高達4.5Mbits/s；智能卡模擬功能。6

第五篇：嵌入式系統設計報告

嵌入式系統設計實驗報告

班 級：學 號：姓 名：成 績：指導教師：

20090612 2009112107 侯金鐘 武俊鵬、劉書勇 1.實驗一

1.1 實驗名稱

嵌入式系統硬件開發環境

1.2 實驗目的

1．熟悉UP-net3000實驗平臺。

2.超級終端設置及BIOS 功能使用。

1.3 實驗環境

硬件：ARM 嵌入式開發平臺、用于ARM7TDMI 的JTAG 仿真器、PC 機Pentium100 以 上、串口線。

軟件：PC 機操作系統win98、Win2000 或WinXP、ARM SDT 2.51 或ADS1.2 集成開發 環境、仿真器驅動程序、超級終端通訊程序。

1.4 實驗內容及要求

熟悉UP-net3000實驗平臺的硬件電路和外設，ARM JTAG的安裝和使用，利用超級終端檢驗外設的工作狀態。

1.5 實驗設計與實驗步驟

１．建立工程

（1）運行ARM SDT 2.5 集成開發環境（ARM Project Manager）.（2）在新建的工程中，如圖1A-2 所示，選中工程樹的“根部”。

（3）因為開發板上的嵌入式處理器ARM7TDMI 沒有浮點處理器，所以，如圖1A-3 所

示，在彈出的對話框中設置Floating Point Processor 為none，并保持其他的設置不變。（4）選中工程樹的“根部”，通過菜單Project | Tool Configuration for work1.apj | asmlink | Set，對整個工程的連接方式進行設置。（5）在彈出的對話框中，選中Entry and Base 標簽，如圖1A-4 所示，設置連接的Read-Only（只讀）和Read-Write（讀寫）地址。

（6）選擇Linker Configuration 的ImageLayout 標簽，（7）選擇Project | Edit Project Tamplete 菜單，彈出Project Template Editor 對話框。

（8）選擇Project | Edit Variables for work1.apj，彈出Edit Variables for work1.apj 對話框。

2．進行程序的在線仿真、調試

1.6 實驗過程與分析

熟悉UP-net3000實驗平臺的硬件電路和外設，安裝了ARM JTAG，利用超級終端檢驗了外設的工作狀態。

1.7 實驗結果總結

軟件安裝成功，結果顯示正常。

1.8 心得體會

通過此次試驗，我對ARM的環境的功能有一定的了解與完善。對試驗臺有了基本的認識與使用。

2.實驗二

2.1 實驗名稱

嵌入式系統軟件開發環境

2.2 實驗目的

1.熟悉ADS1.2 開發環境，學會ARM 仿真器的使用。

2.使用ADS 編譯、下載、調試并跟蹤一段已有的程序，了解嵌入式開發的基本思想和過程。

2.3 實驗環境

硬件：ARM 嵌入式開發平臺、用于ARM7TDMI 的JTAG 仿真器、PC 機Pentium100 以 上、串口線。

軟件：PC 機操作系統win98、Win2000 或WinXP、ARM SDT 2.51 或ADS1.2 集成開發 環境、仿真器驅動程序、超級終端通訊程序。

2.4 實驗內容及要求

本次實驗使用ADS 集成開發環境。新建一個簡單的工程文件，并編譯這個工程文件。學習ARM 仿真器的使用和開發環境的設置。下載已經編譯好的文件到嵌入式控制器中運行。學會在程序中設置斷點，觀察系統內存和變量。

2.5 實驗設計與實驗步驟

（1）運行ADS1.2 集成開發環境（CodeWarrior for ARM Developer Suite）。

（2）在新建的工程中，選擇Debug 版本，使用Edit | Debug Settings菜單對Debug 版本進行參數設置。（3）在Debug Settings 對話框中選擇Target Settings 項。在Post-linker一欄中選擇ARM from ELF。

（4）在Debug Settings 對話框中選擇ARM Linker 項

（5）在第四步中如果選擇簡單的地址連接設置，在Debug Settings 對話框中選擇ARM Linker 項

（6）回到的工程窗口中，選擇Release 版本，使用Edit | Release Settings 菜單對Release 版本進行參數設置。（7）參照第（3）、（4）、（5）、（6）步在Release Settings 對話框中設置Release版本的Post-linker、連接地址范圍、入口模塊和輸出文件。（8）回到如圖1B-3 所示的工程窗口中，選擇Targets 選項卡，如圖1B-11 所示。選中DebugRel 版本，按Del 鍵將其刪除。DebugRel 子樹是一個折衷版本，通常用不到，所以在這里刪除。

2.6 實驗過程與分析

1）回到工程窗口選中Debug 版本，執行菜單Project | Make 對工程進行編譯連接。（2）在ADS 中執行菜單Project | Debug 啟動ADS1.2 的調試工具AXD。（3）在AXD 中執行菜單Options | Configure Target 對AXD 進行設置。（4）點Select 按鈕選擇遠程連接為ARM ethernet driver，點Configure 按鈕輸入仿真器的IP 地址。

（5）等待程序裝載完畢以后，通過Execute | Go 菜單以及Execute | Stop（或者工具欄中的相應按鈕）運行或暫停程序。程序暫停后在窗口中將顯示出程序暫停的位置。（6）通過Execute | Step 菜單（或者工具欄中的相應按鈕）可以單步運行程序。

（7）程序停止后可以通過Processor Views | Sources 菜單查看源文件，并可在適當位置按F9 設置端點。

（8）使用在Processor View 菜單下的Registers、Variables 和Memory 命令可以查看工作寄存器或者內存變量。讀者可以逐一地嘗試，為以后調試程序打下基礎。

2.7 實驗結果總結

超級終端輸出“Hello World!”。

2.8 心得體會

基本了解了ADS1.2的配置條件，學會了ARM仿真器的使用方法。

3.實驗三

3.1 實驗名稱

鍵盤及LED實驗

3.2 實驗目的

1．學習鍵盤及LED 驅動原理。

2．掌握ZLG7289芯片串行接口的使用方法，用ZLG7289芯片驅動17鍵的鍵盤和8個共陰極LED。

3.3 實驗環境

硬件：ARM 嵌入式開發平臺、用于ARM7TDMI 的JTAG 仿真器、PC 機Pentium100 以 上、串口線。

軟件：PC 機操作系統win98、Win2000 或WinXP、ARM SDT 2.51 或ADS1.2 集成開發 環境、仿真器驅動程序、超級終端通訊程序。

3.4 實驗內容及要求

通過ZLG7289芯片驅動17鍵的鍵盤和8個共陰極LED，將按鍵值在LED上顯示出來。要求從右至左循環顯示至少四位數字。

基本功能實現之后可考慮實現從左至右顯示四位及四位以上數字（最大八位），并可設置清零鍵等擴展功能。

3.5 實驗設計與實驗步驟

利用所給的基礎代碼進行調試，觀察輸出結果，結合指導書和教材掌握基本原理和源代碼的編寫方式。根據實驗的要求設計函數流程，并反復調試，實現功能。1．新建工程，將“Exp3 鍵盤及LED 驅動實驗”中的文件添加到工程。2．定義ZLG7289 寄存器（ZLG7289.h）

#define ZLG7289_CS(0x20)//GPB5 #define ZLG7289_KEY(0x10)//GPG4 #define ZLG7289_ENABLE()do{ZLG7289SIOBand=rSBRDR;ZLG7289SIOCtrl=rSIOCON;rSIOCON=0x31;rSBRDR=0xff;rPDATB&=(~ZLG7289_CS);}while(0)#define ZLG7289_DISABLE()do{rPDATB|=ZLG7289_CS;rSBRDR=ZLG7289SIOBand;rSIOCON=ZLG7289SIOCtrl;}while(0)3.編寫ZLG7289 驅動函數（ZLG7289.c）4．定義鍵盤映射表：（Keyboard16.c）

unsigned char KeyBoard_Map[]= {4,8,11,0,0,0,0,0,5,9,12,15,1,0,0,0,6,10,13,16,2,3,0,0,7,0,14,0,0,0,0,0,0 ,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0};//64 鍵值映射表，通過查找鍵盤映射表來確定鍵盤掃描碼對應的按鍵值。

5．定義鍵值讀取函數。（Keyboard16.c）6．編寫主函數，將按鍵值在數碼管上顯示。

3.6 實驗過程與分析

利用鍵盤驅動函數實現基本數字輸入，然后利用循環左移函數實現輸入數字做一樣功能，并通過改變函數中相應delay的值來消除鍵盤按鍵帶來的抖動。

3.7 實驗結果總結

按鍵值可以在LED上顯示出來。要求從右至左循環顯示八位數字，同時可以復位清零。達到實驗的效果。

3.8 心得體會

通過本次實驗，我了解了LED的顯示屏幕的數字的移位功能，這個功能不止可以用一個方法實現，而循環左移是其中比較巧妙且省力的一種，在遇到類似情況的時候，可以優先考慮能不能利用到文件中已經存在的函數，這樣可以不必自己編寫函數，省時省力。是一種可靠的方法。4.實驗四

4.1 實驗名稱

電機轉動控制及中斷實驗

4.2 實驗目的

1．熟悉ARM本身自帶的六路即三對PWM，掌握相應寄存器的配置。

2．編程實現ARM系統的PWM輸出和I/O輸出，前者用于控制直流電機，后者用于控制步進電機。

3.了解直流電機和步進電機的工作原理，學會用軟件的方法實現步進電機的脈沖分配，即用軟件的方法代替硬件的脈沖分配器。

4.了解44B0處理器上中斷的應用。5.學習在44B0處理器上中斷的應用。

6.進一步熟悉平臺外圍硬件及其驅動程序的編寫。

4.3 實驗環境

硬件：ARM 嵌入式開發平臺、用于ARM7TDMI 的JTAG 仿真器、PC 機Pentium100 以 上、串口線。

軟件：PC 機操作系統win98、Win2000 或WinXP、ARM SDT 2.51 或ADS1.2 集成開發 環境、仿真器驅動程序、超級終端通訊程序。

4.4 實驗內容及要求

1．學習步進電機和直流電機的工作原理，了解實現兩個電機轉動對于系統的軟件和硬件要求。學習ARM 知識，掌握 PWM 的生成方法，同時也要掌握 I/O的控制方法。

2．編程實現ARM芯片的一對PWM輸出用于控制直流電機的轉動，通過A/D旋鈕控制其轉動方式。

3．編程實現ARM的四路I/O通道，實現環形脈沖分配用于控制步進電機的轉動，通過A/D旋鈕控制步進電機的轉角。

4．通過鍵盤控制直流電機與步進電機的切換。5．設置并啟動定時器。

6．設置中斷，編寫定時器中斷服務程序，對中斷次數進行計數并在LED上顯示結果。

4.5 實驗設計與實驗步驟

1．添加并打開工程。

2．進行直流電機初始化設置和代碼編寫。3．進行步進電機初始化設置和代碼編寫。

4．對Timer3編程，編寫定時器中斷服務程序，完成對中斷次數的計數。5．編寫LED計數顯示函數，使LED能正確計數并顯示0-9999。6．編寫中斷初始化函數和中斷響應函數。7．終端下載測試。

4.6 實驗過程與分析 1．對直流電機進行編程和測試，掌握轉速和旋轉方向的設定方法。

2．對步進電機進行編程和測試，掌握ARM的四路I/O通道，實現環形脈沖分配用于控制步進電機的轉動，通過A/D旋鈕控制步進電機的轉角。

3．對主函數進行編程，用鍵盤響應直流電機與步進電機的切換控制。

4．掌握中斷相關語句的應用，弄清定義的中斷向量、中斷向量號，編寫中斷響應函數，并完成中斷響應控制。

4.7 實驗結果總結

實現了直流電機與步進電機的基本設置和控制，可以通過鍵盤控制電機之間的切換。完成了中斷的響應和定時中斷。當對其中一個旋鈕轉動時，就可以由直流電機轉換成步進電機的轉換，達到實驗的效果。

4.8 心得體會

通過本次實驗，我了解了直流電機和步進電機的工作原理，同時也知曉了電機間的轉換過程，了解其中的道理內涵，熟悉了ARM自帶的A/D轉換器的工作原理及編程方法，了解了中斷的意義和實現方法，實現了簡單了中斷處理程序。同時我也收獲了很多關于ARM處理機的相關知識。

5.實驗五

5.1 實驗名稱

觸摸屏驅動實驗

5.2 實驗目的

1．了解觸摸屏的基本概念與原理。

2．理解觸摸屏與LCD的關系。3.編程實現對觸摸屏的控制。

4.熟悉用 ARM 內置的 LCD控制器驅動 LCD。

5.3 實驗環境

硬件：ARM 嵌入式開發平臺、用于ARM7TDMI 的JTAG 仿真器、PC 機Pentium100 以 上、串口線。

軟件：PC 機操作系統win98、Win2000 或WinXP、ARM SDT 2.51 或ADS1.2 集成開發 環境、仿真器驅動程序、超級終端通訊程序。

5.4 實驗內容及要求

1．了解觸摸屏基本原理，理解對觸摸屏進行輸出標定、與LCD顯示器配合的過程。2．通過編程實現觸摸兩點自動在兩點間劃直線。3．通過編程實現在觸摸屏上動態畫出曲線。5.5 實驗設計與實驗步驟

1．添加并打開工程。

2．在頭文件中定義宏和常量及驅動函數。

#define ADS7843_CTRL_START 0x80 #define ADS7843_GET_X 0x50 #define ADS7843_GET_Y 0x10 #define ADS7843_CTRL_12MODE 0x0 #define ADS7843_CTRL_8MODE 0x8 #define ADS7843_CTRL_SER 0x4 #define ADS7843_CTRL_DFR 0x0 #define ADS7843_CTRL_DISPWD 0x3 // Disable power down #define ADS7843_CTRL_ENPWD 0x0 // enable power down #define ADS7843_PIN_CS(1<<6)//GPF6 #define ADS7843_PIN_PEN(1<<5)//GPG5 /////////觸摸屏動作//////// #define TCHSCR_ACTION_NULL 0 #define TCHSCR_ACTION_CLICK 1 //觸摸屏單擊 #define TCHSCR_ACTION_DBCLICK 2 //觸摸屏雙擊 #define TCHSCR_ACTION_DOWN 3 //觸摸屏按下 #define TCHSCR_ACTION_UP 4 //觸摸屏抬起 #define TCHSCR_ACTION_MOVE 5 //觸摸屏移動

#define TCHSCR_IsPenNotDown()(rPDATG&ADS7843_PIN_PEN)(ADS7843_CTRL_START|ADS7843_GET_X|ADS7843_CTRL_12MODE |ADS7843_CTRL_DFR|ADS7843_CTRL_ENPWD)//采樣x 軸電壓值，數據為12 位，參考電壓輸入模式為差分模式，允許省電模式

#defineADS7843_CMD_Y(ADS7843_CTRL_START|ADS7843_GET_Y|ADS7843_CTRL_12MODE |ADS7843_CTRL_DFR|ADS7843_CTRL_ENPWD)int TchScr_Xmax=1840,TchScr_Xmin=176, TchScr_Ymax=195,TchScr_Ymin=1910;//觸摸屏返回電壓值范圍 #defineADS7843_CMD_X 3．校準觸摸屏坐標，進行坐標轉換。

4．實現觸屏取點并顯示功能。

將觸摸動作及觸摸點坐標在超級終端上顯示出來。5．實現兩點間自動劃線功能。6．實現觸摸屏動態劃線功能。

可以使用TchScr_GetScrXY()函數（第三個參數為0）來獲得液晶屏的x、y 方向的電壓

范圍，分別點觸摸屏有效面積的左上角和右下角，得到下列參數：

TchScr_Xmax=1840;TchScr_Xmin=176;TchScr_Ymax=195;TchScr_Ymin=1910;//此數值僅供參考，請以實際校對為準

5.6 實驗過程與分析 1．在定義觸屏響應功能的函數中對點擊觸屏進行響應函數的修改，在其中添加修改點顏色的函數，修改得到的觸摸點的顏色，并顯示在LCD上。

2．獲取第一個點坐標并儲存，獲取第二個點坐標并儲存，由編寫的劃線函數取得儲存的兩點間直線上所有點的坐標，并對其改變顏色，顯示在LCD上，即完成劃直線功能。

3．將劃線函數應用到響應觸屏移動消息的函數下，即可對連續獲得的觸摸坐標進行連續的畫短直線，連接成曲線，完成動態劃線功能。

5.7 實驗結果總結

了解了觸摸屏響應動作消息的函數的工作原理，通過修改實現了觸摸屏響應不同動作進行畫點、劃線、動態劃線的功能。驗證觸摸屏的靈敏度的實驗。

5.8 心得體會

通過這次實驗，我基本掌握了通過編程驅動觸摸屏以及觸摸屏響應時間，實現了觸摸屏對不同動作消息的響應。同時也知曉了在觸摸屏上的描點畫線的實現，但是由于不知名的原因，描點畫線的誤差較大，位置偏差較大，同時觸摸屏有時會不靈敏，出現時好時壞的現象，但是由于我們的辛勤鉆研，最終克服了這個困難，實現了最后的觸摸屏的實現。

6.實驗六

6.1 實驗名稱

UCOS-Ⅱ在ARM微處理器上的裁剪

6.2 實驗目的

1．了解UCOS-Ⅱ內核的主要結構。

2.掌握UCOS-Ⅱ裁剪的基本原理與嵌入式編程實現方法。3.學習如何根據具體情況對UCOS-Ⅱ操作系統進行裁剪。

4．通過對UCOS-Ⅱ配置文件(OS_CFG.H)中相關的配置常量進行設置，實現對UCOS-Ⅱ的裁剪。

6.3 實驗環境

硬件：ARM 嵌入式開發平臺、用于ARM7TDMI 的JTAG 仿真器、PC 機Pentium100 以 上、串口線。

軟件：PC 機操作系統win98、Win2000 或WinXP、ARM SDT 2.51 或ADS1.2 集成開發 環境、仿真器驅動程序、超級終端通訊程序。

6.4 實驗內容及要求

對UCOS-Ⅱ內核進行裁剪并移植到ARM7微處理器上。

6.5 實驗設計與實驗步驟 1.按照要求，載入STARTUP目錄下文件，完成系統初始化、環境配置。2.載入UCOS-Ⅱ的全部源碼，與處理器架構相關的文件位于arch目錄下。3.在os_cpu.h中編寫與處理器和編譯器相關的代碼。

4.編寫os_cpu_c.c等6個與操作系統相關的函數。5.編寫os_cpu.asm等4個與處理器相關的函數。

6.6 實驗過程與分析

按照實驗步驟進行，得到了需要的系統。

6.7 實驗結果總結

按照要求進行了裁剪，得到了滿足需要又緊湊的應用軟件系統。

6.8 心得體會

通過本次實驗，我了解了UCOS-Ⅱ內核的主要結構，掌握UCOS-Ⅱ裁剪的基本原理與嵌入式編程實現方法，學會了如何根據具體情況對UCOS-Ⅱ操作系統進行裁剪。

7.實驗七

7.1 實驗名稱

UCOS-Ⅱ在ARM微處理器上的移植和編譯

7.2 實驗目的

1．了解UCOS-Ⅱ內核的主要結構。

2.掌握將UCOS-Ⅱ內核移植到ARM7處理器上的基本方法。

7.3 實驗環境

硬件：ARM 嵌入式開發平臺、用于ARM7TDMI 的JTAG 仿真器、PC 機Pentium100 以 上、串口線。

軟件：PC 機操作系統win98、Win2000 或WinXP、ARM SDT 2.51 或ADS1.2 集成開發 環境、仿真器驅動程序、超級終端通訊程序。

7.4 實驗內容及要求

1.將UCOS-Ⅱ內核進行移植到ARM7微處理器上。

2.編寫兩個簡單任務，在超級終端上觀察兩個任務的切換。

7.5 實驗設計與實驗步驟

1．該實驗的文件分為兩類，其一是 STARTUP 目錄下的系統初始化、配置等文件，其二是 UCOS-Ⅱ的全部源碼，arch 目錄下的 3 個文件是和處理器架構相關的。

2.設置 os_cpu.h 中與處理器和編譯器相關的代碼。

3.用 C 語言編寫 6 個操作系統相關的函數（OS_CPU_C.C）。4.用匯編語言編寫 4 個與處理器相關的函數（OS_CPU.ASM）。5.編寫一個簡單的多任務程序來測試一下移植是否成功。6.編譯并下載移植后的 UCOS-Ⅱ。

7.6 實驗過程與分析

1.按照實驗步驟進行，將μC/OS-II 內核移植到了ARM7 微處理器上。2編寫了兩個簡單任務，在超級終端上觀察兩個任務的切換。

7.7 實驗結果總結

將μC/OS-II 內核順利移植到了ARM7 微處理器上。

7.8 心得體會

通過本次實驗，使我更加了解了μC/OS-II 內核的主要結構，掌握了ARM的C語言和匯編語言的編程方法，了解了ARM7處理器結構，掌握了將μC/OS-II 內核移植到ARM 7 處理器上的基本原理與嵌入式編程實現方法。

8.實驗八

8.1 實驗名稱

綜合實驗

8.2 實驗目的

對前七次實驗進行總結，應用之前所學的知識，將前幾次實驗內容結合起來，完成鍵盤，LED，觸摸屏，直流電機，步進電機各種功能的組合。實現一個較為全面的功能結構。

8.3 實驗環境

硬件：ARM 嵌入式開發平臺、用于ARM7TDMI 的JTAG 仿真器、PC 機Pentium100 以 上、串口線。

軟件：PC 機操作系統win98、Win2000 或WinXP、ARM SDT 2.51 或ADS1.2 集成開發 環境、仿真器驅動程序、超級終端通訊程序。

8.4 實驗內容及要求

對前七次實驗進行總結，應用之前所學的知識，完成自擬的嵌入式系統，要求綜合前期基礎實驗的各種功能。

8.5 實驗設計與實驗步驟

1．添加并打開工程。2．進行LCD設計，在LCD顯示屏輸出文本。

3．進行LED及鍵盤設計，完成LED輸出顯示功能和鍵盤輸入功能。4．進行電機控制設計，完成鍵盤控制電機轉動功能。5．進行中斷設計，完成定時中斷功能。

6．進行觸摸屏設計，完成觸摸屏感應和劃線功能。7．進行裁剪和移植功能設計和完成。

8.6 實驗過程與分析

1．完成LCD顯示功能，在LCD顯示屏上輸出文本：“Hello World！”。2．進入界面觸屏控制選擇功能，實現觸屏選擇功能。

3．自定義四種種功能，第一為電機控制，從鍵盤讀取命令，并將功能編號顯示在LED上，LED顯示的是計數的數據，同時旋轉按鈕完成電機轉速的控制選擇。

4．第三種功能為劃線，功能編號顯示在LED高四位上，同時LCD屏幕清屏，為劃線功能做準備，可以實現劃線功能。

5．第四種功能為定時中斷，當由鍵盤控制時，LED顯示數值清零，實現了中斷。6．實現裁剪與移植功能。

8.7 實驗結果總結

完成了各種基本功能，并通過自擬的系統將各種功能整合起來，完成了一個小的嵌入式系統，對前七次的功能有了更深入的了解。通過LED的計數，當在計數值在前30秒之內，由鍵盤控制LED的數值及顯示，按鍵盤上的某一個按鍵，實現對LED上的數值清零，后30秒由觸摸屏控制清零，并且在前30秒之內，旋轉按鈕，實現對直流電機的運轉，并且到步進電機的轉換。

8.8 心得體會

通過這次實驗，我更加深刻地掌握了前幾次實驗中的基本功能的實現方法，并且把幾種功能聯合在一起，實現一些功能，把LED 顯示屏，LCD觸摸屏，鍵盤，直流電機，步進電機等等設備聯合在一起，對該實驗有一定的幫助與提高，而我和我的隊友也對嵌入式系統有了更深入的了解，在此期間，也學習了關于ARM處理器的開發與實踐，了解了關于手機的嵌入式設備的產生過程，我也深深的對此充滿了興趣，對未來的嵌入式課程設計奠定了深厚的基礎，可是令我遺憾的是，我和隊員的水平所限，沒有完成中斷優先級的控制。本來想完成更多的功能，可是最后由于時間緊迫，也有一些其他的事情來分神分心，所以就只能完成這些，但是在未來的幾周內，嵌入式課程設計也給了我們很大的空間去做未完成的事情。我相信我們會做的更加完美，功能更強大，用于未來的生活中去實踐。